Podręcznik Grafika komputerowa i wizualizacja

12.3. Śledzenie klasyczne (Whitteda)

Pierwszą pracę na temat śledzenia promieni w grafice komputerowej opublikował Apple w 1968 roku. Opisał on ray casting – metodę określania widoczności (i barwy) na podstawie śledzenia promienia od obserwatora do pierwszego przecięcia z obiektem. Do powstania metody przyczynił się również Kay (1970). Za autora metody śledzenia promieni w wersji klasycznej uznaje się Whitteda (artykuł z 1980 roku), ze względu na znaczące rozszerzenia jakie wprowadził do powstającej metody. Opisany proces budowy i analizy drzewa promieni w rozdziale 12.2 odpowiada opisowi Whitteda.

Rys.12.4. Jeden z pierwszych rysunków zrealizowanych metodą śledzenia.
Fragment rysunku z artykułu Whitteda © z 1980 roku.

Pierwsze rysunki wygenerowane przez Whitteda (rys.12.4) wzbudziły podziw. Pokazywały w perfekcyjny sposób odbicie i załamanie światła przez sferyczne metalowe i szklane obiekty. Takie efekty były nieosiągalne innymi metodami. Warto zauważyć, że opisany sposób analizy drzewa promieni odpowiada, tak naprawdę, tylko kierunkowemu rozchodzeniu się światła. Oznacza to, że dobre efekty takiej analizy uzyskać można dla obiektów, które charakteryzują się właśnie kierunkowym charakterem odbicia i przenikania. Propozycja Whitteda nie rozwiązuje w pełni równania renderingu.

Można mówić o wielu wadach klasycznego śledzenia promieni:

• Analizowane są tylko promienie związane z idealnym – kierunkowym odbiciem lub załamaniem światła.
• Uwzględnia się tylko punktowe źródła światła.
• Barwa piksela jest wyznaczana na podstawie jednego promienia co może prowadzić do zniekształceń związanych z próbkowaniem (tzw. zniekształceń intermodulacyjnych).

Podstawowym problemem obliczeniowym śledzenia klasycznego (i tak naprawdę każdej późniejszej modyfikacji metody, a więc także wariantów stochastycznych śledzenia) jest szybkie wyznaczenie przecięcia promienia z obiektem. Stąd powstało wiele algorytmów przyspieszających metodę śledzenia promieni, które zajmują się szybkim wyszukiwaniem przecięć promienia z obiektami sceny.